二氧化碳汽提工艺在尿素生产中的应用

二氧化碳汽提工艺在尿素生产中的应用

蔡华

江苏双多化工有限公司 江苏省盐城市 224400

摘要：在之前的尿素生产期间,二氧化碳汽提法就得到了普遍的应用.根据之前的经验,通过加热蒸汽量的科学调节以及汽提塔液位的科学布置,进而让尿素生产具有操作容易,节省原料损耗的特征,受到尿素生产厂家的普遍认可.基于此,对传统的二氧化碳汽提法的实际操作进行概述,并引入二氧化碳汽提法的新工艺方法,以提高尿素生产的整体水平及降低消耗节能环保。

关键词：二氧化碳气提法；生产过程；节能工艺；工艺特征；降低氨耗

一、CO2汽提法工艺流程
  第一，液氨升压。液氨升压是把从球罐过来的液氨进行升压,把液氨压力从2.3MPa提升到16.0～17.5MPa,然后通过高压液氨泵把它输送到高压喷射器,以作喷射物料。第二，CO2气体压缩与净化。自低温甲醇清洗后的CO2原料气通过CO2压缩机组进行气体压缩后使其压力升到14.4MPa左右,然后对CO2进行净化,包括在脱硫塔以干法脱硫除去CO2气中H2S杂质以及在脱氢塔催化脱氢除去CO2气中的H2杂质,然后将CO2输送到汽提塔。第三，合成和汽提。本工序是CO2汽提法关键环节。液体甲铵和少量还没冷凝的氨气和二氧化碳气体从高压冷凝器底部出来被送入到合成塔底部,物料从合成塔底上升到塔顶并生成反应液(其温度为180～185℃),反应液从塔顶流入到汽提塔顶部,液体分配器将反应液均匀地分布到每根汽提管中,并沿着汽提管壁呈液膜状流下,流下的过程与来自汽提塔底部的二氧化碳气体接触,反应液中剩余的NH3和还没转化的NH2COONH4被蒸发并分解后从汽提塔顶排出,尿液及小部分NH2COONH4从塔底排出。从汽提塔顶排出的气体、来自高压洗涤器的甲铵液、液氨经混合后进入到高压冷凝器顶部,生成的甲铵和NH3、CO2进入到合成塔底部。第四，循环。从汽提塔底部出来的汽提液在精馏塔中将还没有分解的NH2COONH4进行加热分解,再通过闪蒸槽把游离氨、CO2蒸出,然后再把尿液(温度90～95℃)输送到尿液槽。第五，蒸发。经过一段蒸发、二段蒸发,把尿液槽过来的尿液水分进行蒸发使尿液水分含量小于1.0%,再输送到造粒工序。第六，解吸和水解。将蒸发冷凝器冷凝液中残留的尿素在水解塔中水解成NH3和CO2,它们再跟剩余的NH3、CO2一起在解吸塔中进行解吸和回收,使NH3和尿素含量下降到小于10×10-6,再送到其他工段。

二、二氧化碳气提法工艺显著特征

二氧化碳气提法在能量利用上的优势比较突出，很大程度上减少了蒸汽与冷却水的消耗。氨碳比因二氧化碳作为气提剂，氨含量下降，重要的是，氨还可起到抑制副反应的效果。在二氧化碳气提法生产中，但为了抑制物料对设备的腐蚀所带来的危害，必须将空气加入二氧化碳中，更重要的是，操作必须规范，否则存在很大的危害。       

2.1升温钝化采用纯蒸汽升温钝化法       

该套装置只在合成塔大降液管处有一根蒸汽升温管线，蒸汽从降液管溢流口处进入合成塔，一部分向上进入高压洗涤口，另一部分向下先进入高压冷凝器，然后进入汽提塔钝化，冷凝液经汽提塔出液阀后导淋排放，合成塔和高压冷凝器内的冷凝液则通过合成系统的排放管线经排放总阀前的导淋阀排出。       

2.2低压开车       

低压开车工艺，在高压氨泵的出口阀旁路上设计有限流孔板，在CO2进汽提塔的大阀处也设计了一个开车旁路，二者的流量是经过精心设计计算的，保证在开车达到正常的氨碳比。投料后系统压力基本稳定后，合成塔便出现液位，做好准备后，即可正常出料。       

2.3低温的高压调温水控制，节能减耗       

高压调温水（简称高调水）系统采用低温控制，既可大量高效回收合成塔尾气中的氨，又可以节约对设备的投资。由于脱氢系统的良好脱氢效果，因此高调水温度有大幅度下降。其流程为：高压调温水经高调水泵送入高调水冷却器，冷却后进入高压洗涤器的壳程，将管内尾气中氨和 CO2冷凝成甲 铵释放的冷凝热带走。       

2.4回流冷凝器冷却水改进降低冷凝发生       

由于回流冷凝器内的甲铵液浓度较高，结晶温度高，因此冷却过程中经常出现结晶现象。采用引回水方法来降低结晶机会，即将回流冷凝器的循环水的进水口接到冷却回水上，这样进来的水温较高，就不易结晶，同时将出水管接到冷却上水管，由于采用的是半密闭循环水，排出水量不大，不会对冷却水有太大的影响。

三、分析生产过程中容易出现的设备问题
  3.1氨泵和甲铵泵
  氨泵经过一定周期的运行后经常会发生压力波动的情况，研究其因素，发现更多是因为泵内压力过高，导致密封部位发生泄漏；氨泵、甲铵泵柱塞填料易带入高压系统，造成汽提塔分布器下液小孔堵塞，影响气液分布，降低气体效率。

  3.2高压喷射器
  在初期工作时，高压喷射器氨喷入口的流量非常小，而这个部位的温度却发生下降趋势，与此同时压力越来越高。这说明高压喷射器的弹性不符合标准，同时缺乏一定的抽吸能力。  根据以上问题和原因，需要在一定时间内保护和更换设备，其中氨泵增加安装了密封水站，让其密封性得到了显著的提高；氨泵甲氨泵柱塞填料维护时，发现泄漏减少紧压填料次数，紧压一次再漏时，对填料及时进行更换，并周期性对出口滤网进行检查清理，避免填料破碎和碎块带入高压；高压喷射器则选择对喷针进行更换。通过以上手段的应用，发现可以提高尿素的产量，获取了较好的效果。窗体底端

四、二氧化碳汽提法的工艺应用探讨
　　4.1 纯蒸汽升温钝化。在新工艺当中，需要在传统装置合成塔的大降液管位置加装一个蒸汽升温管，该升温管的压强需要保证为0.88MPa，蒸汽不再直接流入到合成塔内部，而是需要优先经过升温管使其中一部分蒸汽向上进入到高压洗涤口，另一部分下降到高压甲铵冷凝器，完成升温钝化，之后进入到合成塔中。
　　4.2 低压开车。与一般的高压开车经历四个小时稳定出料的方式不同，低压开车在降低了压力的同时，又将出料时间压缩到了三个小时以内，除了开车时间短能够有效降低能耗外，同时还可以延长机械的使用寿命。在低压开车的过程中，一般由两台二氧化碳压缩机共同工作完成，从而在投料和出料时能够保证放空阀的放空，从而节省了大量的电力能源，并且降低了噪音和生产废气对环境的影响。
　　4.3 高压调温水控制。为了使合成塔当中所形成的尾气能够得到高效大规模的回收，在汽提过程当中本文所选取的新工艺为借助低温控制实现的高压调温水系统控制方法。在应用过程中，利用脱氢系统自带的优秀脱氢能力将二氧化碳当中所含的大部分氢气有效脱出，由此可以使高调水温度得到降低，一般相较于传统工艺温度降低规模可达到50℃以上，极大地减轻了进行水加温的能源消耗，节约了生产设备的投资。
　　结语
  总之，CO2转化率直接影响着尿素装置的生产成本和产品质量，关系到企业的效益乃至生存与发展。但在化工生产中，没有一项指标是独立存在的，必须根据装置的实际情况，不断摸索最佳工艺操作指标，提高工艺控制水平，切实提高尿素合成系统CO2的转化效果，提高产量降低消耗，也为保卫蓝天贡献一份力量。
  参考文献
  [1]李红明,位朋.CO2汽提尿素技术发展研究[J].现代化工,2018,38(10):200-203.
  [2]王超.尿素生产中CO2汽提工艺的优化[J].化工设计通讯,2019,45(6):2-3.

[3]姜小毛.高效合成、低能耗尿素工艺技术开发成功[J].氮肥技术,2018,39(1):48-49.

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